- Учёные изSandia National Laboratoriesиспользуют компьютерное моделирование и лабораторные эксперименты, чтобы определить, можно ли использовать выработанные нефтяные и газовые резервуары для хранения этого безуглеродного топлива.
- Профессор Tuan Ho совместно с коллегами из Университета Оклахомы установил, что водород не задерживается в песчанике после откачки, однако до 10 % адсорбированного газа остаётся захваченным в образцах сланца. Эти результаты подтвердило компьютерное моделирование, проведённое Ho.
- Tuan Ho считает, что необходимы дополнительные исследования, чтобы понять, как микроорганизмы и другие химические вещества в выработанных нефтяных резервуарах взаимодействуют с хранящимся водородом.
Почему стоит решать проблему подземного хранения водорода?
Эта проблема заслуживает решения, потому что водород — один из ключей к чистой энергии — обладает огромным потенциалом для энергетического перехода и сокращения выбросов углерода. Эффективное хранение водорода может способствовать его широкому применению, поддерживать развитие технологий чистой энергии и снижать зависимость от традиционного ископаемого топлива, сокращая тем самым выбросы парниковых газов и смягчая последствия изменения климата. Поэтому решение задачи эффективного и безопасного подземного хранения водорода важно для продвижения революции в сфере чистой энергии.
НАШЕ МНЕНИЕ:
Учёные Sandia National Laboratories изучают возможность использования выработанных нефтяных и газовых резервуаров для хранения безуглеродного топлива. Результаты показывают, что, хотя водород не задерживается в песчанике, до 10 % водорода остаётся захваченным в образцах сланца. Кроме того, исследования слоёв монтмориллонитовой глины показывают, что водород редко проникает в заполненные водой пустоты — это позитивный сигнал для подземного хранения водорода. Хотя необходимы дополнительные экспериментальные проверки, в случае успеха эта технология может предложить новый способ хранения безуглеродного топлива со значимыми последствиями для энергетики и тяжёлой промышленности. Вместе с тем учёные выразили обеспокоенность по поводу безопасности и загрязнения при хранении водорода, подчеркнув необходимость широко распределённых методов хранения больших объёмов водорода для реализации идеи водородной экономики.
— Fei Wang, журналист BTW
Важное чистое топливо: водород
Водород можно хранить под землёй в соляных кавернах, однако соляные шахты в США встречаются нечасто, отметил Don Conley, руководитель программы подземного хранения водорода в Sandia. Поэтому команда Tuan Ho изучает, может ли водород, хранящийся в выработанных нефтяных и газовых резервуарах, оставаться захваченным в породах, утекать или загрязняться. Группа Tuan Ho недавно представила результаты в статье, опубликованной в журналеInternational Journal of Hydrogen Energy.
Водород обладает множеством полезных свойств, что обеспечивает ему широкий спектр применений. Водород легко соединяется с неметаллическими элементами, может образовывать гидриды металлов, а при высоких температурах способен отбирать кислород у многих соединений, обеспечивая восстановление оксидов. В современном промышленном производстве водород применяется всё шире: он используется в электронной промышленности, металлургии, химической отрасли, при производстве нейлона, получении газов и в других секторах.
Кроме того, водород используется как распространённое топливо и обладает весьма заметным преимуществом: при сгорании он даёт больше тепла и меньше загрязняет окружающую среду. Стоит отметить, что водород можно хранить месяцами и использовать, когда спрос на энергию превышает выработку возобновляемой энергии. Возобновляемая энергия — тема, о которой мы говорим часто.
Читайте также: Amazon усиливает курс на экологичность и делает ставку на водородное топливо
Читайте также: Microsoft нанимает эксперта по ядерной энергетике для питания своих дата-центров
Осуществимость пилотного проекта — безопасное хранение
Tuan Ho, ведущий исследователь, и его команда занялись вопросом: остаётся ли водород, оказавшись в песчанике или сланце, захваченным и самозапечатывается ли он вокруг многочисленных нефтяных и газовых резервуаров, или же он рискует утечь. Песчаник, состоящий из спрессованных за миллионы лет минеральных и горных частиц, имеет множество промежутков между частицами, что способствует хранению воды или образованию нефтяных и газовых резервуаров.
Сланец же представляет собой спрессованную грязь из более мелких, богатых глиной минеральных частиц, способную образовывать герметичный слой вокруг песчаника и запечатывать таким образом нефть и природный газ.
«Tuan Ho заявил: „Мы стремимся к тому, чтобы закачанный водород оставался in situ, а не мигрировал за пределы зоны хранения, что позволило бы избежать потерь. Это первостепенная задача для всех хранилищ"».
Профессор Tuan Ho вместе с сотрудниками Университета Оклахомы провёл эксперименты по изучению взаимодействия водорода с образцами песчаника и сланца. Они выяснили, что, хотя водород не задерживается в песчанике после извлечения, до 10 % адсорбированного газа остаётся захваченным в образцах сланца. Эти результаты подтвердило компьютерное моделирование, проведённое Ho.
Чтобы подробнее изучить особый тип глины, часто встречающийся в сланце, окружающем нефтяные и газовые резервуары, Ho провёл компьютерное моделирование молекулярных взаимодействий между слоями монтмориллонитовой глины, водой и водородом. Он обнаружил, что газообразный водород имеет минимальный доступ в заполненные водой пространства между слоями этой глинистой породы.
Tuan Ho подчеркнул, что это говорит о минимальных потерях водорода в глине за счёт прилипания или проникновения, что является обнадёживающим признаком для подземного хранения водорода. Результаты исследований глины были опубликованы в прошлом году в журналеSustainable Energy & Fuels. Он добавил, что в Stevens Institute of Technology и Университете Оклахомы продолжаются дополнительные эксперименты для проверки результатов молекулярного моделирования.
Читайте также: Биткоин обновил исторический максимум и подстегнул восстановление альткоинов
«Огромный резервуар из пористого песчаника, когда-то заполненный нефтью и газом, теперь заполнен иным, безуглеродным топливом — водородом». Если эту технологию удастся реализовать — а это стало бы огромным новым достижением, — то для энергетики и тяжёлой промышленности это будет превосходная новость.
Может ли водород быть загрязнён?
«Если мы хотим создать водородную экономику, нам действительно нужны широко распределённые способы хранения больших объёмов водорода, — заявил Conley, отвечающий в Sandia за программу Underground Hydrogen Assessment, Storage and Technology Acceleration (оценка, хранение и ускоренное внедрение технологий подземного водорода) Управления по ископаемому топливу и управлению углеродом Министерства энергетики США. — Хорошо хранить водород там, где есть соль, но это не может быть единственным вариантом.
Поэтому мы обращаемся к выработанным нефтяным и газовым резервуарам и водоносным горизонтам как к более децентрализованному способу хранения больших объёмов водорода. Всё это ради декарбонизации энергетического сектора».
Благодаря экспериментам и моделированию команда Tuan Ho обнаружила, что при закачке водорода в выработанные резервуары природного газа остаточный природный газ может выделяться из породы в водород. Ho поясняет, что это означает: при извлечении водорода для использования в нём будут содержаться небольшие количества природного газа.
«Это не повод для тревоги, ведь природный газ по-прежнему содержит энергию, но в нём есть углерод, поэтому при сжигании такого водорода будет образовываться небольшое количество диоксида углерода, — говорит Ho. — Об этом нужно помнить». Команда Tuan Ho, состоящая в основном из постдокторанта Aditya Choudhary из Sandia National Laboratories, в настоящее время использует молекулярное моделирование и экспериментальные методы для изучения воздействия водорода на выработанные нефтяные резервуары и того, как остаточная нефть может загрязнять водород или взаимодействовать с ним.
По словам Conley, результаты Ho могут быть использованы для подготовки крупномасштабных полевых испытаний подземного хранения водорода. Он добавил, что проект SHASTA планирует в будущем провести такие полевые испытания, чтобы доказать осуществимость хранения водорода в выработанных нефтяных и газовых резервуарах. Ho считает, что необходимы дополнительные исследования, чтобы понять, как микроорганизмы и другие химические вещества в выработанных нефтяных резервуарах взаимодействуют с хранящимся водородом.
Миссии Sandia
С 1949 года основная миссия Sandia — совершенство на службе национальным интересам.
Будучи многопрофильной национальной лабораторией и финансируемым федеральным правительством центром исследований и разработок (FFRDC), Sandia выполняет свою миссию, являющуюся неотъемлемой частью миссии и деятельности нашей финансирующей организации, следующим образом:
- Предвидеть и отвечать на новые вызовы в сфере национальной безопасности
- Создавать инновации и открывать новые технологии для укрепления национального технологического превосходства
- Создавать ценность с помощью продуктов и услуг, решающих важные задачи национальной безопасности
- Доносить до национальной дискуссии, что технологическая политика критически важна для сохранения безопасности и свободы в мире.